138조원 양자 전쟁···‘양자 비전’ 우리나라 개발 어디까지

[이데일리 김일환 기자]

[이데일리 강민구 기자] 우리나라가 2035년 글로벌 양자경제 중심 국가 도약을 목표로 양자과학기술 개발 경쟁에 본격적으로 뛰어든다.

지난 27일 과학기술정보통신부가 ‘대한민국 양자과학기술 전략’을 발표하면서 양자 관련 업계의 기대감도 커지고 있다.

양자과학기술은 ‘얽힘’과 ‘중첩’이라는 고유의 양자물리학적 현상을 이용하는 기술이다. ‘0’과 ‘1’을 활용하는 기존 정보 기본단위인 비트를 넘어 새로운 정보 기본단위인 큐비트를 구현하고, 이를 통해 양자컴퓨터를 만들어 인공지능, 수학, 우주 등 다양한 분야로 영역을 확장하고 있다.

양자과학기술에 주목해야 하는 이유는 양자기술이 첨단 산업 분야에 적용되면서 기술 경쟁이 시작됐기 때문이다. 과기정통부에 따르면 현재 전 세계 양자시장 규모는 30억달러(4조원) 규모이나 10년 내외로 상용화 시장이 열릴 것으로 예상된다. 글로벌 컨설팅업체 맥킨지가 지난 4월 발표한 보고서에 따르면 양자기술시장은 2040년 1060억달러(약 138조원)에 달할 전망이다.

이번 전략안에 따르면 우리나라는 2035년까지 정부 2조 4000억원에 민간 6000억원을 더해 총 3조원을 양자 분야에 투자할 계획이다. 이를 통해 양자 강국 대비 85%의 기술수준과 세계 4위 수준 시장 점유율을 달성하게는게 주요 목표다. 계획안이 발표되면서 양자 컴퓨팅, 양자센서, 양자통신, 인력양성, 인프라 구축에 투자한다.

출연연·대학 중심 1000큐비트급 양자컴 개발 목표

양자컴퓨터는 슈퍼컴퓨터가 풀 수 없는 암호체계를 수분 내에 풀 수 있다. 우리나라는 2025년까지 20큐비트급, 2027년까지 50큐비트급 양자컴 개발을 목표로 하고 있다. 상대적으로 우리나라가 양자강국 대비 뒤처진 분야로 정부출연연구기관 주도로 개발해 2031년에는 1000큐비트급 양자컴퓨터 구축을 목표로 하고 있다.

한국표준과학연구원을 비롯해 성균관대, 울산과학기술원, 한국과학기술정보연구원, 서울대, 경희대 등이 참여하는 프로젝트다. 이용호 표준연 초전도양자컴퓨팅시스템연구단장은 “한국은 IBM 등 선두주자 대비 8년 가량 격차가 있다”면서도 “현재 가장 안정적인 초전도체 기반 양자컴을 개발하며 성능을 정밀하게 제어하고 측정하는 핵심 기술 등을 개발하고 있다”고 했다.

이종호 과기정통부 장관이 지난 27일 서울 동대문디자인플라자에서 열린 ‘대한민국 양자과학기술 전략 보고회’ 에서 ‘대한민국 양자과학기술 전략’ 을 발표하고 있다.(사진=과기정통부)

민간 기업 주도 양자센서·양자암호통신 산업화 추진

양자암호통신과 양자센서는 상대적으로 상용화에 근접해 있다.

과기정통부가 산학연 의견을 수렴한 결과에 따르면 양자컴은 10~15년 사이 상용화 시장이 열릴 것으로 예상된다. 반면 양자암호통신은 이미 상용화 단계에 진입했고, 양자센서는 7년 가량뒤 상용화가 이뤄질 것으로 보여 국내 기업들도 눈독을 들이고 있다.

양자통신 분야는 양자암호통신 상용화 단계에 진입한 가운데 도시 간 양자 네트워크 실증, 양자인터넷 시범 구축으로 발전할 전망이다. 양자센서도 현재 원천 기술 개발 수준에서 벗어나 센서 상용화, 융복합 시스템 개발, 센서 산업 구축으로 발전해 공급망을 구축할 것으로 예상된다.

양자 핵심 분야 인력은 현재 384명 수준에서 양자대학원, 양자 교육·연구 거점센터 구축을 통해 2500명까지 늘어날 전망이다. 양자 관련 인프라도 단일 양자제조시설(양자팹)에서 민간 전문생산 양자팹까지 발전해 나갈 예정이다.

김명식 임페리얼칼리지 교수는 “양자시대는 꼭 오기 때문에 지금부터 준비해야 한다”며 “한국이 다 잘할수는 없기 때문에 현재 다양한 플랫폼이 있는 가운데 필요한 기술이 무엇인지 보고 어떻게 성장할 수 있는지 따져 보면서 학문적 돌파구, 시장 등을 모니터링하며 양자과학기술 저변을 확대해 나갔으면 한다”고 했다.

IBM, 퀀텀머신스 등 해외 기업 인재 양성 참여

양자 분야 산·학·연 협력을 촉진하기 위해 협력 양해각서가 ‘퀀텀 코리아 2023’ 행사장에서 체결됨에 따라 인재양성, 교육, 공동 연구도 본격화될 것으로 보인다. 과기정통부는 IBM, 아이온큐와 협력해 석·박사 학생과 산업 종사자들을 위한 교육 프로그램을 운영할 계획이다.

한국전자통신연구원, 한국표준과학연구원, 메가존클라우드, 포스코홀딩스, 퀀텀머신즈, 파스칼 등도 공동으로 양자컴, 양자알고리즘, 클라우드 등과 관련한 공동 기술개발, 인력 교류 등을 해나갈 계획이다.

이종호 과기정통부 장관은 “지난 1차 양자혁명(디지털시대)을 통해 레이저, 태양전지, 반도체가 아날로그 시대의 전환을 이끌었다면 앞으로는 2차 양자혁명(퀀텀 시대)을 통해 양자컴퓨터, 양자통신, 양자센싱이 미래 경제 사회 전반의 패러다임을 바꾸게 될 것”이라며 “올해를 양자대도약 원년으로 삼아 정부를 비롯한 산학연관이 힘을 합쳐 양자경제를 실현해 나갔으면 한다”고 했다.